一种应力传感器及制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及集成电路制造、封装和测量技术领域，尤其涉及一种应力传感 器及制作方法。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路封装技术向小型化、高密度和三维封装等方向的发展，封装引起的 芯片应力问题日益突出，已成为器件失效的主要原因之一。因此，进行封装应力的测试与分 析成为改进封装工艺、提高器件可靠性的重要环节。在集成电路芯片上制作压阻式应力传 感器，可以实现封装应力的非破坏性原位测量，测试结果能直接反映应力对载流子迀移率 的影响，并且测量设备比较简单，是进行集成电路封装应力测量的有力工具。
[0003] 应力是张量，有六个分量，分别是Txx、Tyy、TZZ、Txy、Txz和Tyz。传统的压阻式应 力传感器是采用集成电路平面工艺在硅片上制作四个力敏电阻电阻，利用各电阻的变化实 现芯片上表面内应力分量Txx、Tyy和Txy的测量。但是，常规集成电路工艺难以实现垂直 方向的结构，因此难以实现对非芯片上表面内的应力分量Txz、Tyz和Tzz的测量。随着三 维封装技术的迅速发展，还需要能够实现对非芯片上表面内应力分量进行测量的传感器。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种应力传感器及制作方法，以实现对非芯片上表面内应力分量进行 测量的传感器。
[0005] 第一方面，本发明实施例提供了一种应力传感器，所述应力传感器包括：
[0006] 衬底，所述衬底具有第一凹槽；
[0007] 第一压阻层，覆盖所述第一凹槽内壁及部分衬底上表面，所述第一压阻层通过第 一绝缘层与所述衬底隔离；
[0008] 第一传递层，填充满所述第一凹槽，且具有两个第三凹槽，所述两个第三凹槽沿所 述第一凹槽槽长方向平行排列，所述第一传递层通过第二绝缘层与所述第一压阻层隔离；
[0009] 第一隔离层，填充满所述第三凹槽，所述第一隔离层通过第三绝缘层与所述第一 传递层隔离；
[0010] 第一电极对，第二电极对，位于衬底上表面的所述第一压阻层上，所述第一电极对 位于第一凹槽槽长延长线上，所述第二电极对位于所述第一凹槽槽宽延长线上。
[0011] 第二方面，本发明实施例还提供了一种应力传感器制作方法，该方法包括：
[0012] 在衬底内刻蚀形成第一凹槽；
[0013] 在所述第一凹槽内壁以及部分衬底上表面形成第一压阻层，所述第一压阻层通过 第一绝缘层与所述衬底隔离；
[0014] 在所述第一凹槽内形成第一传递层，所述第一传递层填充满所述第一凹槽；
[0015] 在所述第一传递层内刻蚀形成两个第三凹槽，所述两个第三凹槽沿所述第一凹槽 槽长方向平行排列，所述第一传递层通过第二绝缘层与所述第一压阻层隔离；
[0016] 在所述两个第三凹槽内形成第一隔离层，所述第一隔离层填充满所述第三凹槽， 所述第一隔离层通过第三绝缘层与所述第一传递层隔离；
[0017] 在所述衬底上表面的所述第一压阻层上形成第一电极对，第二电极对，所述第一 电极对位于第一凹槽槽长延长线上，所述第二电极对位于所述第一凹槽槽宽延长线上。
[0018] 本发明通过在衬底上制作第一凹槽，并在第一凹槽内制作第一压阻层，形成垂直 与衬底表面的应力传感器，可实现对非芯片上表面内应力分量的测量，解决了常规集成电 路工艺难以实现垂直方向的结构，因此难以实现对非芯片上表面内的应力分量的测量问 题，实现了用于测量集成电路封装工艺引起的非芯片内应力分量的测量。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例一提供的一种应力传感器的俯视图；
[0020] 图2为本发明实施例一提供的应力传感器沿图1中AA'方向的剖面图；
[0021] 图3为本发明实施例一提供的应力传感器沿图1中BB'方向的剖面图；；
[0022] 图4为本发明实施例一提供的应力传感器的电学结构示意图；
[0023] 图5a_图5f是本发明实施例一提供的应力传感器的制造方法各步骤对应结构的 剖面图；
[0024] 图6为本发明实施例二提供的一种应力传感器的俯视图；
[0025] 图7为本发明实施例二提供的应力传感器沿图6中AA'方向的剖面图；
[0026] 图8a-图8f是本发明实施例二提供的应力传感器的制造方法各步骤对应结构的 剖面图；
[0027] 图9为本发明实施例三提供的一种应力传感器的俯视图；
[0028] 图10a-图10e是本发明实施例三提供的应力传感器的制造方法各步骤对应结构 的剖面图；
[0029] 图11为本发明实施例四提供的一种应力传感器的俯视图；
[0030]图12为本发明实施例提供的应力传感器的结构剖面图；
[0031] 图13为本发明实施例提供的应力传感器的结构剖面图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。将理解，虽然术语第一、第二 等在本文中可被用来描述各种结构、区域、层和/或部分，但这些结构、区域、层和/或部分 不应被这些术语限制。这些术语仅用来将一个结构、区域、层或部分与另一个结构、区域、层 或部分区分开。空间相对术语，例如"下方"、"下面"、"以下"、"上面"、"上方"等可在本文中 为了容易描述而用来描述图中所示的一个结构层或特征与另一个（一些）结构层或特征的 关系。将理解，空间相对术语意在包含使用中或操作中的装置的除图中所描绘的方位之外 的不同方位。
[0033] 实施例一
[0034] 图1为本发明实施例一提供的一种应力传感器的俯视图，图2为本发明实施例一 提供的应力传感器沿图1中AA'方向的剖面图，图3为本发明实施例一提供的应力传感器 沿图1中BB'方向的剖面图。如图2所示，所述应力传感器包括：衬底100,所述衬底具有第 一凹槽101 ;第一压阻层102,覆盖所述第一凹槽101内壁及部分衬底100上表面，所述第一 压阻层102通过第一绝缘层103与所述衬底100隔离；第一传递层104,填充满所述第一凹 槽101，且具有两个第三凹槽105、106,所述两个第三凹槽105、106沿所述第一凹槽101槽 长方向平行排列，所述第一传递层104通过第二绝缘层107与所述第一压阻层102隔离；第 一隔离层108,填充满所述第三凹槽105、106,所述第一隔离层108通过第三绝缘层109与 所述第一传递层104隔离；第一电极对110,第二电极对111，位于衬底上表面的所述第一压 阻层102上，所述第一电极对110位于第一凹槽101槽长延长线上，所述第二电极对111位 于所述第一凹槽101槽宽延长线上。
[0035] 本发明实施例提供的应力传感器，其中图1-图3中的第一压阻层102为所述应力 传感器的核心部件，用于利用压阻效应测量芯片封装时所受应力。图1-图3中的第一传递 层104和第一隔离层108用于填充结构以保证应力传递以及电极间的隔离。为了便于说 明，本发明实施例将所述应力传感器的电学结构单独绘出，如图4所示。为描述方便，标定 图1-图4中所述第一凹槽槽长方向为X轴方向，所述第一凹槽槽宽方向为Y轴方向，第一 凹槽槽深方向为Z轴方向。本发明实施例提供的应力传感器可用于测量芯片的Txz和Tzz应 力分量。
[0036] 下面详细描述本发明实施例提供的应力传感器的工作原理。在第二电极对111之 间施加电压％时，则第一电极对110之间的电压VT为应力分量Txz的函数，函数公式如下：
[0037]
【主权项】
1. 一种应力传感器，其特征在于，包括： 衬底，所述衬底具有第一凹槽； 第一压阻层，覆盖所述第一凹槽内壁及部分衬底上表面，所述第一压阻层通过第一绝 缘层与所述衬底隔离